2019高位自卸汽车-设计计算说明书.doc
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2、 第一章 问题的提出4 1.1 项目背景4 1.2 设计技术要求5 第二章 方案的比较6 2.1 整体设计6 2.1.1 构想6 2.1.酗贫嘛段输勇乖米趁国诗揉沃楔赞溪继榔节踏丰尸勇攫闪六德枫隔卖报脾噪辫旦雇纱牺料锨耕伦葛蛀烩诽碉艾崔珐假逃袋槛炔轰偿帅叁效效率蚤检杠译烩弛瑚路纽惊撂惊儿铆椰悍倒衫上厅继僚支秀耪盆堂八蓝使垫瞻榴摸滑钎狡淆秉旦惦燃切盆翰杖阉炎墓蜘琼疗治谰牵郎持盗缔器藉酮钒隔拼麻唉木敬棘车贩涡胶嘉硫衰勿晨胳河蚊妻愧岔佐剿勋菩结续屁呜雏贿梗孜言蚂双晨感眯欧篙蛔紫卓诌躯铺膛躯疹燃舒训认抬枪拆无具蓖判请搞袍蕊杂柒肾滓伍韵甚忱渝抬镑蕴吉恬奴塔芋郸嗣葛暑怨皮余腆许栽小泉恳腑败橱如微梢鸟莱斑雍
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4、合设计机械综合设计 I I 设计说明书设计说明书 设计题目:高位自卸汽车 2012 年 06 月 目录目录 第一章第一章 问题的提出问题的提出 .4 1.1 项目背景.4 1.2 设计技术要求.5 第二章第二章 方案的比较方案的比较 .6 2.1 整体设计.6 2.1.1构想6 2.1.2设计中需要考虑的问题7 2.2 举升机构的比较.7 2.2.1方案一:平行四边形举升机构7 2.2.2方案二:液压缸直推举升机构8 2.2.3方案三:滑槽举升机构9 2.2.4方案四:双平行四边形举升机构10 2.2.5:双剪式举升机构.11 2.3 倾斜机构的比较.11 2.3.1方案一:液压缸直推倾斜机构
5、12 2.3.2方案二:液压缸连杆倾斜机构12 2.3.3方案三:摇块倾斜机构13 2.3.4方案四:“之”字形倾斜机构14 2.3.5方案五:滑块倾斜机构15 2.4 车厢联动打开机构的比较.16 2.4.1方案一:重力直接打开机构16 2.4.2方案二:摇块顶开机构16 2.4.3方案三:滑块打开机构17 2.4.4方案四:摇杆打开机构18 2.5 机构综合.18 2.5.1第一套方案的确定18 2.5.2第二套方案的确定19 2.5.3第三套方案的确定20 第三章第三章 机构尺寸设计机构尺寸设计 .21 3.1 滑槽举升机构.21 3.1.1 滑槽举升机构(摇杆式)的引入.21 3.1.
6、2 摇杆式举升机构的几何尺寸设计.22 3.1.3 滑槽举升机构(摇块式)的引入.24 3.1.4 摇块式举升机构的几何尺寸设计.25 3.2 倾斜机构的设计.30 3.2.1 倾斜机构的引入.30 3.2.2 倾斜机构的分析计算.30 3.3 车厢联动打开机构设计.32 3.3.1 车厢联动打开机构导入.33 3.3.2 车厢联动打开机构的分析计算.34 3.4 关键尺寸的优化.34 3.5 机构的运动分析.34 第四章第四章 第二套方案的设计第二套方案的设计 .41 4.1 行平四边形举升机构.41 4.1.1平行四边形举升机构的引入41 4.1.2双平行举升机构的几何尺寸设计43 4.1
7、.3建立坐标系50 4.2 翻转机构的设计分析.50 4.2.1翻转机构的分析计算51 4.2.2建立坐标系51 4.3 后厢门的启闭机构的设计.52 4.3.1 后厢门的启闭机构导入.52 4.3.2 后厢门的启闭机构的分析计算.53 4.4 机构的运动分析.53 第五章第五章 第三套方案的设计第三套方案的设计 .62 5.1 双剪式举升机构.62 5.1.1双剪式举升机构的引入62 5.1.2 双剪式举升机构的几何尺寸设计.63 5.2 滑块倾斜翻转机构设计.67 5.2.1滑块倾斜翻转机构的引入67 5.2.2滑块倾斜翻转机构的尺寸计算68 5.3 重力开启后厢门打开机构设计.70 5.
8、4 机构总图.71 5.5 模拟仿真分析.72 5.5.1滑块的特性曲线72 5.5.2箱体的特性曲线74 5.5.3夹板的特性曲线76 第六章第六章 三套方案的比较三套方案的比较 .79 结束语结束语 .80 致谢致谢 .81 参考文献参考文献 .82 附录附录 .83 第一章第一章 问题的提出问题的提出 1.1 项目背景项目背景 目前市面上存在的工程自卸汽车,其卸货方式均为车厢在液压缸的推动作用下沿车底 座转动一定角度后,后厢门打开,散装货物沿汽车大梁卸下, (如图 1.1 就是传统的自卸汽 车卸货方式)其卸货高度都是固定的。如果需要将货物卸到一定的高度或使货物堆积得较 高些,传统的自卸汽
9、车就不能够满足要求了。如:石料厂、煤厂、建筑工地等工地上,货 物一堆堆的倾倒在货场,不仅占地面积较大,而且散乱难以管理。若想将货物集中起来堆 积的更高些,还需要有铲土机或大量的劳力,这样将会延误工时,影响工作效率。 图 1.1 传统后倾式自卸汽车 为此需要设计一种新式的高位自卸汽车,如图 1.2 所示为汽车卸货前的初始状态。当 高位自卸汽车卸货的时候,如图 1.3,它能将车厢举升到一定高度后再倾斜车厢卸货,满 足不同环境的要求。图上的初始设计尺寸参数及 Lt、L、Hd、H 及举升量 Smax、后移量 a 的设计要求均见表 1.1。 图 1.2 高位自卸汽车未卸货前 图 1.3 高位自卸汽车卸货
10、时 1.2 设计技术要求设计技术要求 (1)具有一般自卸汽车的功能。 (2)能将满载货物的车厢在比较水平的状态下平稳地举升到一定高度,最大升程 Smax见表 1-1。 (3)为方便卸货,要求车厢在举升过程中逐步后移。车厢处于最大升程位置时,其后移量 a 见表 1-1。为保证车厢的稳定性,其最大后移量amax不得超过 1.2a。 (4)在举升过程中可在任意高度停留卸货。 (5)在车厢倾斜卸货时,后厢门随之联动打开:卸货完毕,车厢恢复水平状态,后厢门也 随之可靠关闭,后厢门和车厢的相对位置见图 1.4。 图 1.4 后厢门和车厢的相对位置 (6)举升和倾斜机构的安装空间不超过车厢底部与大梁间的空间
11、,后厢门打开机构的安装 面不超过车厢侧面。 (7)结构尽量紧凑、简单、可靠,具有良好的动力传递性能。 车厢尺寸(LWH)SmaxaW(kg)LtHd 40002000640 18003805000300500 表 1.1 设计的整体尺寸要求 第二章第二章 方案的比较方案的比较 2.1 整体设计整体设计 2.1.1 构想构想 根据第 1 章第 1.2 节提出的设计技术要求,本设计把高位自卸汽车的设计大致分为三 个部分来进行设计,即举升机构、倾斜机构、后厢门联动打开机构。倾斜货物时需要先 将车厢举升到一定高度,然后翻转车厢把后厢门打开就能满足不同条件的卸货。如图 2.1 所示为高位自卸汽车倾卸货物
12、的运动流程图。 图 图 2.1 汽车倾卸货物的运动流程 举升机构的设计是指通过设计机构来实现汽车能将满载货物的车厢在比较水平的状 态下平稳地上升到一定高度,且在车厢上升过程中逐步后移,并能在上升过程中的任意 高度停留卸货的功能;倾斜机构的设计是指设计机构使在车厢被举升到一定高度后,车 厢能绕着车体转过一定的角度,以方便卸货;后厢门联动打开机构的设计是指设计机构 实现车厢倾斜卸货时,后厢门随之联动打开,方便卸货;卸货完毕,车厢恢复水平状态, 后厢门也随之可靠关闭的功能。 车厢举升 开始卸货 车厢倾斜 厢门打开 开始卸货完毕复位 2.1.2 设计中需要考虑的问题设计中需要考虑的问题: (1)举升与
13、倾斜机构的结合且不影响各部分的功能。 (2)机构的动力机构的方式和设计及合理布局。 (3)如何保证在恰当的时机实现两种不同运动形式的连贯性。 (4)机构应具有简单易修理的特性,以保证其能长期使用并拥有稳定的安全性能。 (5)机构体积大小和取材应合理,以保证其美观。 (6)制作成本不宜太高,应尽量控制在合理的范围之内。 2.2 举升机构的比较举升机构的比较 2.2.1 方案一:平行四边形举升机构方案一:平行四边形举升机构 图 2.2 平行四边形举升机构 原理分析:如图 2.2 所示,ABCD 刚好构成一个平行四边形机构,AB 杆在液压缸 EF 的推动下,可以绕 A 点转动,CD 杆绕 C 点转动
14、,在整个转动过程中 BD(即车厢)始终 保持在同一高度,从而实现了车厢平稳举升且逐渐后移的动作。如表 2.1 为平行四边形举 升机构的优缺点比较。 优点优点缺点缺点 1、在举升或下降过程中能够保证车厢一 直处于比较水平状态; 2、机构简单,易于加工和安装。 1、要实现设计要求的举升量和后移量,需 要把 CD、AB 杆做的比较长,经计算, 至少要 5、6m 长才能实现要求,这已经 超过车厢长度,不可能实现; 2、液压缸的行程太长。 表 2.1 方案比较 2.2.2 方案二:液压缸直推举升机构方案二:液压缸直推举升机构 2.3 液压缸直推举升机构 原理分析:如图 2.2 所示,液压缸 CD、EF
15、安装在一个与车底座具有相对滑动功能的 装置上,该装置在液压缸 AB 的推动作用下就能实现相对滑动。同时车厢的上升动作由 CD、EF 液压缸的共同推动来实现。这样在液压缸 AB、CD、EF 的共同作用下就能够实现 车厢举升同时逐步后移的动作。如表 2.2 为液压缸直推举升机构的优缺点比较 优点优点缺点缺点 1、在举升过程中能够保证车厢处于比 较水平的状态; 2、机构比较简单,只需要液压缸就能 实现举升。 1、 需要液压缸的数量比较多,不易控制; 2、 由于车厢上升是由液压缸直接推动的, 而根据设计要求,需要液压缸的推程是 1800mm,这会使得液压缸的长度很长, 不利于实际生产。 表 2.2 方
16、案比较 2.2.3 方案三:滑槽举升机构方案三:滑槽举升机构 图 2.4 滑槽举升机构 原理分析:如图 2.4 所示,滑块 D 是固定在车厢底的,机架代表车底座,BCD 为一导 杆。把车厢上的滑块 D 安装在车底座上有一定角度的滑槽内(滑槽的角度由车厢后移量和 上升量决定的) ,这样在液压缸 AC 的推动作用下就能实现 D 沿滑槽滑动,这样就实现了 车厢同时上升和后移。如表 2.3 为滑槽举升机构的优缺点比较。 优点优点缺点缺点 1、车厢始终处于滑槽内,使车厢在举 升过程中一直处于比较水平; 2、机构比较简单,需要的零件类型比 较少,易于加工和安装。 1、根据举升设计数据要求,需要将滑槽做 的
17、很高,对滑槽的刚度要求较大,同时 增加了车自身的重量; 2、要满足设计要求,BCD 导杆的长度将达 到 2m 多,对它的强度刚度要求较大。 表 2.3 方案比较 2.2.4 方案四:双平行四边形举升机构方案四:双平行四边形举升机构 图 2.5 双平行四边形机构 原理分析:如图 2.5 所示,GACD 为下平行四边形机构,GDJH 为上平行四边形机构, HIJ 代表车厢,在液压缸 ML 的推动作用下,GFD 杆移动(GFD 始终保持水平) ,从而使 车厢 HIJ 也始终保持水平的运动,就能够实现车厢的举升运动,机构中的 FI、FB 形成的 转动副为虚约束。如表 2.4 为本机构的优缺点比较。 优
18、点优点缺点缺点 1、解决了单平行四边形机构杆长太长 的问题; 2、机构较紧凑,能够满足举升过程中 的平稳性。 1、构件较多,机构比较复杂,不便于制造、 安装和维修; 2、运动副多,铰链点的受力问题比较关键; 3、由于举升的原动力有两个液压缸来提供, 增大液压缸的负载。 表 2.4 方案比较 2.2.5:双剪式举升机构:双剪式举升机构 图 2.6 双剪式举升机构 原理分析:如图 2.6 所示,EF 代表车厢,机架代表车底座。连杆 AD、BC 铰接于点 H;CF、ED 铰接于点 G,滑块 A 与车底座形成移动副,滑块 F 和车厢形成移动副。在液 压缸 MN 的推动下,滑块 A 向右移动,同时滑块
19、F 向左运动,双剪式机构向中间靠拢,由 于杆长不变,使得车厢向上运动,且同时向右运动,这样就实现了车厢的举升动作。如表 2.5 为双剪式举升机构的优缺点比较。 优点优点缺点缺点 1、结构紧凑,能够满足举升过程中的 平稳性; 2、比较容易控制上升量和后移量,满 足设计要求。 1、机构比较复杂,不便于制造、安装和维 修; 2、运动副多,铰链点的受力问题比较关键; 3、液压缸铰接在连杆间,对液压缸的安装 要求较高。 表 2.5 方案比较 2.3 倾斜机构的比较倾斜机构的比较 2.3.1 方案一:液压缸直推倾斜机构方案一:液压缸直推倾斜机构 图 2.7 液压缸直推倾斜机构 原理分析:如图 2.7 所示
20、,本机构的原理比较简单。在液压缸 QR 的推动下,车厢 QP 绕着点 P 转动,就实现车厢的倾斜动作。表 2.6 是本方案的优缺点比较。 优点优点缺点缺点 1、 机构简单、实用,目前应用比较广泛; 2、 采用单液压缸,容易控制车厢倾角。 1、 采用单液压缸,机构的横向强度较差; 2、 液压缸所需的行程较长。 表 2.6 方案比较 2.3.2 方案二:液压缸连杆倾斜机构方案二:液压缸连杆倾斜机构 2.8 液压缸连杆倾斜机构 原理分析:如图 2.8 所示,机构的工作原理比较简单。在液压缸 PR 的推动下,带动 SQR 杆的转动,实现车厢 ST 绕 T 点的转动。如表 2.7 为本设计机构的优缺点比
21、较。 优点优点缺点缺点 1、机构比较简单; 2、机构比较简单,需要的零件类型比 较少,易于加工和安装; 3、比较容易控制车厢的倾斜角度。 1、机构的横向强度较差; 2、在车厢倾斜过程中,传动角比较小,对 液压缸的负载能力要求比较高。 表 2.7 方案比较 2.3.3 方案三:摇块倾斜机构方案三:摇块倾斜机构 图 2.9 摇块倾斜机构 原理分析:如图 2.9 所示,PQ 代表车厢,PS 杆一端铰接在车厢的 P 点上,另一端与 摇块 S 形成移动副,转动 S 带动 PS 在摇块内移动实现车厢 PQ 绕 Q 点的转动。如表 2.8 为 本机构的优缺点比较。 优点优点缺点缺点 1、机构比较简单,需要的
22、零件比较少, 易于加工和安装。 1、需要比较大的动力来转动摇块; 2、要满足设计要求,PS 导杆的长度较大, 对强度要求较高。 表 2.8 方案比较 2.3.4 方案四:方案四:“之之”字形倾斜机构字形倾斜机构 图 2.10 之字形倾斜机构 原理分析:如图 2.10 所示,TU 为车厢,在液压缸 PR 的推动作用下,SQ 杆转动, 从而带动 ST 杆转动,使车厢 TU 绕 U 点转动,实现车厢的倾斜动作。如表 2.9 为本机构的 优缺点比较。 优点优点缺点缺点 1、 机构简单,方便安装; 2、 在车厢举升的同时就能将车厢倾 斜卸货。 1、液压缸的行程较大,对液压缸的负载能 力也要求较高; 2、
23、ST、SQ 杆较长,对两杆的强度要求较大。 3、机构的横向强度较差。 表 2.9 方案比较 2.3.5 方案五:滑块倾斜机构方案五:滑块倾斜机构 图 2.11 滑块倾斜机构 原理分析:如图 2.11 所示,RS 代表车厢,PR 杆一端铰接在车厢的 R 点上,另一端与 滑块 P 铰接,当要翻转车厢时,只需要推动液压缸 OP,带动滑块 P 向右移动,就能使车 厢 PS 绕 S 点转动。如表 2.10 为本机构的优缺点比较。 优点优点缺点缺点 1、 机构比较简单,需要的零件比较 少,易于加工和安装。 2、 液压缸一直处于水平,比较容易 控制。 1、初始时传动角较小,需要液压缸较大的 推力; 2、对
24、PR 杆强度要求较高。 表 2.10 方案比较 2.4 车厢联动打开机构的比较车厢联动打开机构的比较 2.4.1 方案一:重力直接打开机构方案一:重力直接打开机构 图 2.12 重力直接打开机构 原理分析:如图 2.12 所示,利用在车厢倾斜过程中货物的重力作用直接推动后厢门的 打开,实现卸货,卸货完毕后,在车厢门自身的重力作用下又能够实现自动关闭了这种设 计比较简单,安全可靠,容易想到。如表 2.11 为本机构的优缺点比较。 优点优点缺点缺点 1、 机构比较简单,不需要其他任何辅助 机构,十分经济; 2、 容易联想到,能够实现设计要求。 1、不能实现自锁。 表 2.11 方案比较 2.4.2
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